綠色機床設(shè)計的重點措施

摘 要：機械制造業(yè)的日益發(fā)展，備受關(guān)注的環(huán)境問題使得關(guān)于綠色機械的相關(guān)研究具有不可估量的意義。本文就此角度出發(fā)，分別簡述了綠色制造工藝的概念、分類和技術(shù)，并提出了兩點重要措施，希望為行業(yè)提供借鑒。

關(guān)鍵詞：機床；綠色設(shè)計；環(huán)保；措施

中圖分類號：TG502.1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1004-7344（2018）17-0239-01

引 言

近些年來，制造業(yè)的快速發(fā)展對工業(yè)的進(jìn)程起著促進(jìn)作用，同時資源、能源枯竭等一系列環(huán)境問題為社會乃至對人類造成的令人擔(dān)憂的威脅。如此之下，只有積極推行綠色環(huán)保理念，實施資源節(jié)能化，才能保護(hù)我們賴以生存的社會環(huán)境。尤其制造業(yè)，作為促進(jìn)國家發(fā)展的重要產(chǎn)業(yè)，更要堅持執(zhí)行綠色環(huán)保，首先從機械裝備入手，實現(xiàn)整個行業(yè)綠色環(huán)保的基礎(chǔ)保障，保證環(huán)境污染程度降低至最小。其次是現(xiàn)代制造業(yè)中的生產(chǎn)設(shè)備數(shù)控機床，提高其綠色性能，起到環(huán)境保護(hù)的作用。因此，如何將綠色制造技術(shù)應(yīng)用在數(shù)控機床中，如何進(jìn)行綠色機床設(shè)計，如何實現(xiàn)制造業(yè)的綠色環(huán)保是本文探究的重點內(nèi)容。

1 綠色制造工藝的基本情況

1.1 綠色制造工藝的概念

綠色制造工藝是一項先進(jìn)制造工藝，它將傳統(tǒng)工藝技術(shù)、現(xiàn)代材料研究技術(shù)與表面技術(shù)等新興技術(shù)結(jié)合在一起，有效提高制造資源的利用率，不僅節(jié)約經(jīng)濟成本，也能貢獻(xiàn)于環(huán)境生態(tài)的保護(hù)。綠色環(huán)保技術(shù)為制造工藝的機械加工提供投資成本和產(chǎn)品質(zhì)量的保證，將此技術(shù)投放在產(chǎn)品設(shè)計、生產(chǎn)、運輸、使用和回收等方面，大程度上保護(hù)機械制造對生態(tài)環(huán)境的破壞，完成能源消耗降低的計劃，有效維持經(jīng)濟效益與生態(tài)環(huán)境之間的關(guān)系，促進(jìn)人類社會的可持續(xù)發(fā)展。

1.2 綠色制造工藝的分類

綠色技術(shù)工藝可以分為三種，分別為節(jié)約資源工藝技術(shù)、節(jié)省能源工藝技術(shù)和環(huán)保型工藝技術(shù)，三種技術(shù)對產(chǎn)品制造有著不同的目的，影響相應(yīng)的具體內(nèi)容也有所不同。節(jié)約資源的工藝技術(shù)以在制造過程中既保證產(chǎn)品質(zhì)量，又簡化制造過程，除此之外盡最大化提高資源利用率達(dá)到緩解浪費資源的目的。節(jié)省能源的工藝技術(shù)主要目的是降低在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的能量消耗。而環(huán)保型工藝技術(shù)則強調(diào)環(huán)境保護(hù)，運用多種科學(xué)有效方法降低噪音污染、廢物排放、污染物處理等問題。

2 綠色制造技術(shù)

2.1 綠色切削加工工藝技術(shù)

關(guān)于綠色切削加工工藝技術(shù)，涵蓋了采用MQL潤滑的準(zhǔn)干切削工藝、風(fēng)冷卻切削制造工藝和干式切削加工工藝三種技術(shù)，每種技術(shù)都有其各自的特點。首先采用MQL潤滑的準(zhǔn)干切削工藝，相較于操作技術(shù)有局限性的干切削技術(shù)來說，它是一項更具操作性能的工藝。它是一種極微量潤滑技術(shù)，采用的是對人體無害的脂油、植物油等進(jìn)行切削的區(qū)域噴灑，有效提高加工效率。MQL是空氣與少量油霧化切削油混合后壓縮而成，能夠確保切削工具間摩擦面的光滑，提高切割效率的同時降低削液的使用成本。風(fēng)冷卻切削制造工藝是對綠色制造工藝中的干式加工技術(shù)在冷卻操作上做了些科學(xué)處理，利用除濕器除去空氣中的水分并使其降溫至零下300℃，再通過絕熱管吹送至切削區(qū)域。風(fēng)冷卻切削制造工藝可以將切割碎屑過濾掉，從而避免造成污染。干式切削加工工藝的優(yōu)勢在于能夠降低加工難度、提升產(chǎn)品質(zhì)量，提高工作效率，此種工藝包含了齒輪加工、車削、鉆削等多種工藝。

2.2 綠色機床加工工藝技術(shù)

綠色機床技術(shù)除切削技術(shù)之外，還有加工工藝技術(shù)，這種加工工藝包括干加工機床加工工藝和高速復(fù)合機床加工工藝。前者對精確度有著一定要求，干切削加工過程常產(chǎn)生大量切削熱，這些熱能很容易改變干加工機床的外形從而影響加工的精確性。所以其結(jié)合干切削加工過程十分有必要，干加工機床工藝的設(shè)計采用完全熱對稱結(jié)構(gòu)，通過循環(huán)冷卻裝置和隔熱措施進(jìn)行散熱，床身為傾斜式或V形等易于排出碎屑的形狀，機床底座協(xié)助碎屑的快速流出。后者高速復(fù)合機床加工工藝是一種為保證產(chǎn)品質(zhì)量合格的同時，努力提升加工效率，滿足社會要求的具備更高要求的工藝。在操作過程中，進(jìn)給速度、切削速度明顯提高，輔助工作時間長度大大縮短，有效降低了機械加工所需的標(biāo)準(zhǔn)時間，在資源、能源的浪費上得到了有效避免，亦杜絕了返工現(xiàn)象的發(fā)生。

3 綠色機床的重要措施

3.1 選擇綠色環(huán)保材料作為數(shù)控機床零件材料

材料作為制造業(yè)的基礎(chǔ)，在機床設(shè)計當(dāng)中，它也必然放在首要位置上，綠色環(huán)保材料的選用是實現(xiàn)制造業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要因素之一。綠色環(huán)保材料有眾多優(yōu)點：①可以進(jìn)行回收、循環(huán)再利用；②可以降低對環(huán)境的影響；③切實做到節(jié)約資源。綠色機床材料的選用遵循一定原則，如先進(jìn)性、可再生性、無毒安全性等。

先進(jìn)性，是在進(jìn)行綠色機床設(shè)計材料選擇上時，首先需要考慮的要素，對于數(shù)控機床床身制造，更需綜合考慮其綠色性能。當(dāng)前數(shù)控機床床身主要采用焊接鋼板纖維混凝土復(fù)合材料，這是一種先進(jìn)的新型材料，其阻尼較大、吸振性好、簡化床身結(jié)構(gòu)，在節(jié)約鋼材的同時，降低制造成本，在制造行業(yè)得到了很高的認(rèn)可度。另一種梯度功能材料在進(jìn)行數(shù)控機床防護(hù)罩、導(dǎo)軌等零部件制造時能夠滿足各零件的物理性要求，它是嚴(yán)格按照零部件的最佳使用功能設(shè)計而成，具備節(jié)能環(huán)保的作用。

可再生性，在綠色機床設(shè)計材料的選擇上，要有限考慮使用可再生材料，這種材料不但能節(jié)省能源減少消耗，而且能降低環(huán)境污染，從兩方面實現(xiàn)環(huán)境保護(hù)的目的，如數(shù)控機床制造中的防護(hù)罩和操作面板就常選用可回收的熱塑性塑料作為材料。

無毒安全性，是最重要的關(guān)鍵性原則，在選用作為機床制造的材料時，注意不得含有鉛、錫等有毒物質(zhì)，數(shù)控機床液壓潤滑系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)中的切削液也需注意無毒和清潔性，通過遵循無毒安全性原則來減少環(huán)境污染問題。

3.2 面向拆卸與回收的數(shù)控機床模塊化設(shè)計

所謂面向拆卸與回收的模塊化設(shè)計，是指在設(shè)計數(shù)控機床時考慮到日后發(fā)生的拆卸和回收等問題，為其能夠得到完善的、經(jīng)濟的、環(huán)保的拆卸回收，從而降低廢物污染的一種模式化設(shè)計。當(dāng)前有兩種設(shè)計得到了廣泛的應(yīng)用：

（1）焊接鋼板纖維混凝土床身面向拆卸與回收的，這種機床具備良好的熱穩(wěn)定性、足夠的靜動剛度，能夠滿足生產(chǎn)制造機械性能方面的要求。它的生產(chǎn)周期較短，與傳統(tǒng)的鑄造結(jié)構(gòu)相比要快1.7～3.5倍。

（2）可拆分導(dǎo)軌模塊，此種模塊需要嚴(yán)格遵守綠色制造技術(shù)要求，數(shù)控機床使用中采用鑲鋼——塑料導(dǎo)軌，上導(dǎo)軌面貼塑料軟帶，下導(dǎo)軌面為鑲鋼條，充分降低破損帶來的高維修成本。

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收稿日期：2018-5-14